錨桿框架格梁在朔黃鐵路擴能改造工程深路塹邊坡加固防護工程中的技術應用

尚培培

(朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司，河北滄州 062350)

錨桿框架格梁在朔黃鐵路擴能改造工程深路塹邊坡加固防護工程中的技術應用

尚培培

(朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司，河北滄州 062350)

近些年來，錨桿框架格梁作為一種輕型巖土支護結構，在不良地質條件路塹及深路塹邊坡加固防護工程中得到了廣泛的應用，并取得了良好的加固效果。朔黃鐵路擴能能改造工程深路塹邊坡防護共4處，1625延長米，主要位于龍宮站和小覺站，其邊坡在加固防護時均采用了錨桿框架格梁。以龍宮站為例，論述錨桿框架格梁在深路塹邊坡加固防護工程中的技術應用。

錨桿框架格梁 擴能改造 深路塹 邊坡防護

近些年來，錨桿框架格梁作為一種輕型巖土支護結構，在不良地質條件路塹及深路塹邊坡加固防護工程中得到了廣泛的應用，并取得了良好的加固效果。錨桿框架格梁支護結構由錨桿、框架格梁以及其他塹坡防護工程(如：植物防護、C20正六邊形空心砼塊內植草防護、漿砌片石護坡、護墻防護等)三部分共同構成，其中錨桿主要包括預應力錨桿(索)和普通全長黏結式水泥砂漿錨桿(無預應力)兩種。目前，在一般的深路塹巖石邊坡加固防護工程中應用較多的是普通全長黏結式水泥砂漿錨桿，而對于穩(wěn)定性較差的高陡巖石邊坡加固防護則采用預應力錨桿(索)。錨桿深層加固效果較好，可將塹坡表層不穩(wěn)定的部分固定于塹坡深層穩(wěn)定地層中，而框架格梁與坡面接觸面積較大，可將錨桿傳出來的力均勻分布于整個塹坡上，其他塹坡防護工程可以使塹坡盡量減少自然侵蝕，三者有機結合，相互協(xié)調作用，形成穩(wěn)固的抗滑支撐結構。

朔黃鐵路擴能改造工程主要集中在神池南、寧武西、龍宮、原平南、東冶、小覺、西柏坡、三汲、定州西、肅寧北、滄州西、黃驊南、黃驊港13個站及神朔改線段，路基工程主要為延長到發(fā)線或增加股道而引起的幫寬路堤、擴挖路塹、邊坡防護、設置擋護及軟土處理地基加固等。全線個別路基設計工點共60處，全長49 123.13延長米，主要包括高路堤及路堤坡面防護、深路塹及路塹坡面防護、軟土地段路基、地下水路塹、浸水路堤、擋土墻等。其中，深路塹坡面防護共4處，1 625延長米，主要位于龍宮站和小覺站，其中龍宮站2處，位于K41+690～K42+150、K42+540～K43+100；小覺站2處，位于K201+490～K201+725、K201+900～K202+270。根據擴能改造路個別工點設計原則，當挖方地段為石質，且邊坡坡面高度大于30 m時，于下兩級邊坡內設3 m×3 m錨桿框架格梁，錨桿框架格梁應嵌入開挖邊坡內，其外側邊坡坡面再采用M7.5水泥砂漿砌片石護墻進行防護。

1 工程概況

龍宮站為朔黃線上的中間站，車站中心里程為K41+865.15，既有到發(fā)線4條(含正線)，有效長度為1 054～1 175 m，大機線1條，5 000 t列車裝煤線1條。龍宮站本次改建，鑒于小里程端為曲線特大橋(蘆溝特大橋)，大里程端為曲線隧道(蘆莊隧道)，處于高填深挖地段，到發(fā)線只能將部分股道有效長延長至1 800 m。為避免對兩側路基均拆改，減少右側大運公路的改移，僅在車站左側對其進行擴建，正線K40+800～K43+200向左改移10 m，裝煤線及裝煤站臺也相應改建。改建后，本站設1800 m到發(fā)線5條(含正線)，1050 m到發(fā)線3條，959 m裝煤線1條。

龍宮站左側進行擴建時，個別路基設計工點共包括5處，1550延長米，主要包括路堤坡面防護、深路塹及路塹坡面防護。其中，深路塹坡面防護工點共2處，1020延長米，工點具體情況如下：(1)K41+690～K42+150段線路以挖方通過，路塹中心最大挖深14.0 m，左側路塹邊坡高63.0 m；(2)K42+540～K43+100段線路以挖方通過，路塹中心最大挖深6.9 m，左側路塹邊坡高33.5 m。地層：新黃土，黃褐色，堅硬—硬塑，厚度大于3.0 m；砂巖夾頁巖，紫紅色、灰綠色，薄—中厚層狀，強風化—弱風化。地震動峰值加速度：0.15g，最大凍結深度：1.30 m。

2 工程措施

對受自然因素作用易產生破壞的邊坡坡面，應根據邊坡的土質、巖性、水文地質條件、邊坡坡率與高度、環(huán)境保護、水土保持要求等，選用適宜的防護措施。龍宮站站改2處深路塹邊坡坡面加固防護工程如圖1所示，采取的主要工程措施包括：

圖1 邊坡加固防護工程示意(單位：m)

(1)拆除左側既有邊坡防護，并對拆除的片石加以利用。

(2)路塹邊坡坡度應根據地層巖性和產狀，并參照既有邊坡坡率確定，一般采用1∶0.75～1∶1.0，該站2處深路塹邊坡坡率均取1∶1.0。

(3)于路基左側側溝外設2.0 m寬平臺，并用M7.5水泥砂漿砌片石加固，厚0.3 m，平臺外邊坡坡面采用水泥砂漿砌片石變截面護墻防護。

(4)變截面護墻頂寬0.4 m，胸坡1∶1，背坡1: 0.95，墻底傾斜度0.2∶1，基礎埋深不小于1.0 m。為增進護墻的穩(wěn)定性，墻高大于8 m時，于護墻中部設耳墻一道，耳墻底寬1 m。墻高每10 m一級，每級間設2.0～4.0 m寬錯臺(本工點采用2.0 m)，并用M7.5水泥砂漿砌片石砌筑防護，厚0.40 m，做向塹內4%流水坡，同時在每級錯臺上設底寬0.40 m、高0.40 m、邊墻寬0.30 m的C15混凝土平臺截水溝，截水溝在適當位置同天溝連接，并保證排水暢通。護墻墻頂設厚0.25 m、寬1.0 m的墻帽，并使其嵌入邊坡內0.2 m。護墻墻身高出路肩部分，每2～3 m，上、下、左、右交錯設置直徑0.10 m泄水孔，泄水孔采用PVC管，管尾頭用透水土工布(400 g/m2)包裹，以免細顆粒被水沖走，土質或強風化軟質巖路塹邊坡泄水孔后還需設0.5 m×0.5 m砂夾卵(碎)石反濾層，厚0.3 m。護墻沿線路方向每隔10～20 m設伸縮縫一道，縫寬0.02 m，縫內填塞瀝青麻筋。

(5)為確保邊坡穩(wěn)定，于K41+760～K42+102下兩級及K41+880～K41+925第五、六級，K42+580～K42+697、K42+750～K42+795下兩級，K42+697～K42+716最下一級路塹邊坡內，設3 m×3 m錨桿框架格梁，格梁采用C30鋼筋混凝土澆0.4 m×0.4 m正方形截面，錨桿采用B25 mmHRB335鋼筋，長9～15 m，錨孔直徑為75 mm，孔內注漿采用M30水泥砂漿；同時在邊坡高20 m和土石分界處留錯臺寬6.0 m，邊坡坡面仍采用變截面護墻防護。錨桿框架格梁布置如圖2所示。

圖2 錨桿框架格梁布置(單位：cm)

(6)根據現場情況，在邊坡坡頂及邊坡平臺設置變形監(jiān)測設備。

3 施工工藝流程

龍宮站站改深路塹邊坡加固防護工程施工工藝流程如圖3所示。

圖3 龍宮站站改深路塹邊坡加固防護工程施工工藝流程

4 施工控制要點

4.1 路塹開挖

路塹開挖施工前，施工單位應先對工點地形和施工地質情況進行復查核對，如地形、地質資料與原設計不符時，需及時與建設、監(jiān)理及設計等有關單位聯(lián)系處理。施工前，還應做好塹頂截、排水設施，形成暢通的排水系統(tǒng)，防止表水沖刷開挖面或局部積水，惡化邊坡的地質條件，影響邊坡的穩(wěn)定。所采用的施工方法及施工順序應避免擾動山體，以免引發(fā)工程滑坡。深挖路塹工程要做好土石方開挖與支擋加固工程的有機結合和進度協(xié)調，堅持“分級開挖、分級支護”的原則，自上而下，開挖一級，加固防護一級，嚴禁一挖到底再進行支擋防護，以確保施工期間路塹邊坡的穩(wěn)定。

4.2 錨桿施工

(1)測放孔位

根據施工圖設計，先按設計邊坡坡率整平坡面，然后在錨桿施工范圍內，用儀器設置起止點固定樁，中間視條件加密，并應保證在施工階段不得損壞；最后，以固定樁為基準，將錨桿孔位準確測放在坡面上，孔位誤差不得超過±50 mm，并在測定的孔位點埋設好標志，嚴禁邊施工邊放樣。

(2)鉆孔

首先根據工點錨固地層的巖土性質、錨孔孔徑、孔深、錨固形式以及現場施工場地條件等合理選擇鉆孔機具。本工程根據工點具體情況選擇潛孔鉆機鉆孔，然后利用A50 mm腳手架桿搭設施工平臺，并確保其穩(wěn)定牢固。鉆機用三腳支架提升到平臺上，根據坡面測放孔位準確安裝固定鉆機，并對機位進行調整，確保錨孔開鉆就位縱橫誤差不超過±50 mm，鉆孔傾角符合設計要求(傾角允許誤差±3%)，最后進行鉆孔施工。成孔禁止帶水鉆進，以確保鉆孔施工不致惡化邊坡條件，鉆孔速度根據使用鉆機性能和錨固地層巖土性質嚴格控制，防止鉆孔扭曲和變徑，造成下錨困難或其他意外事故。鉆進過程中，應對每孔地層變化(巖粉情況)、進尺速度(鉆速、鉆壓等)及一些特殊情況做現場記錄，若遇塌孔，應立即停鉆，進行處理后再重新鉆進，鉆孔孔徑、孔深要求不得小于設計值。為確保錨孔孔徑，要求實際使用鉆頭直徑不得小于設計孔徑；為確保錨孔孔深，要求實際鉆孔深度大于設計深度0.5 m。

(3)清孔

各鉆孔深度達到設計要求后，不能立即停鉆，要穩(wěn)鉆1～2 min，防止發(fā)生孔底尖滅，達不到設計孔徑。鉆孔孔壁不得有沉碴及水體粘滯。鉆孔完成后，使用高壓空氣(風壓0.2～0.4 MPa)將孔內巖粉及水體全部清除出孔外，以免降低水泥砂漿與孔壁巖(土)體的粘結強度。清孔完成后，須經現場檢驗合格后方可進行下道工序施工。

(4)錨桿制作及安裝

錨桿采用B25 mmHRB335鋼筋制作，長度誤差不得大于±50 mm，沿錨桿軸線方向每隔1.5～2.0 m焊接一組對中支架(由3根長10 cm的B25 mm短鋼筋組成)，以保證錨桿的保護層厚度。錨桿桿體使用前應除銹、除油。安裝錨桿前再次認真核對錨孔編號，確認無誤后再次用高壓風吹孔，人工緩緩將錨桿放入孔內，用鋼尺量出孔外露出的錨桿長度，計算孔內錨桿長度(誤差控制在±50 mm范圍內)，以確?？變儒^固長度。錨桿端部設彎鉤，并與格梁鋼筋焊接成一體，如與格梁鋼筋、箍筋相干擾，可局部調整鋼筋、箍筋的間距，豎、橫主筋交叉點必須綁扎牢固。

(5)注漿

采用M30水泥砂漿，應按試驗確定的配合比進行拌制，隨拌隨用。錨孔注漿應采用孔底注漿法，注漿管應插至距孔底5～10 cm處，并隨水泥砂漿的注入逐漸拔出，在拔管過程中應保證管口始終埋在砂漿中，直至孔口溢出新鮮漿液，注漿壓力一般為0.2 MPa。實際注漿量一般要大于理論注漿量，如注滿后發(fā)現孔口漿面回落，要在30 min內進行孔底壓注補漿2～3次，確保孔口漿體充滿。砂漿達到設計強度的70%以前，不得敲擊、搖動錨桿，不得在錨桿端頭懸掛重物。

(6)拉拔試驗

錨桿正式施工前，應采用與正式施工相同的施工方法施做試驗錨桿，進行現場拉拔試驗，以確認其抗拔力是否滿足設計要求并確定施工參數。試驗的錨桿數為工作錨桿的3%，且不小于3根。試驗合格后方可進行大面積錨桿施工，土層及風化巖層相對應的錨桿抗拔力要求不小于80 kN。

4.3 框架格梁施工

(1)基槽開挖

開挖前，先按施工圖將基槽位置測放在邊坡上，然后按照框架格梁尺寸和邊坡放線進行人工開挖，當格梁基槽底面或側面不平整時，底面應采用C20混凝土或M7.5水泥砂漿摸平。

(2)立模

模板采用木模，按設計尺寸進行拼裝，掛線施工，保證線形順暢，滿足設計要求。模板與混凝土接觸的表面刷隔離劑，拼裝要求平整、嚴實、牢固、凈空尺寸準確。用腳手架鋼桿支撐固定模板，模板底部要與基礎緊密接觸，以防跑漿、脹模。

(3)鋼筋綁扎

在使用前應清除鋼筋表面的油漬、漆污、水泥漿，并用錘敲擊，剝落浮皮、鐵銹等。鋼筋應平直，無局部折曲。在安裝綁扎框架格梁鋼筋前，應先清除基槽底部浮渣，保證基礎密實。鋼筋連接方式、接頭位置應符合設計要求，質量應符合國家和鐵路行業(yè)現行有關標準的規(guī)定。此外，為保證鋼筋的混凝土保護層厚度，還應在鋼筋與模板之間采用墊塊支墊。

(4)澆筑框架格梁混凝土

澆筑混凝土前應仔細檢查模板，確保框架格梁截面尺寸符合設計要求。混凝土應連續(xù)澆筑，邊澆筑邊振搗。在澆筑過程中或完成時，如發(fā)現混凝土表面泌水較多，應在不擾動已澆筑混凝土的條件下，采取措施將水排除。澆筑混凝土期間，應設專人檢查支架、模板、鋼筋和預埋件等的穩(wěn)固情況，如發(fā)現有松動、變形、移位時，應及時處理。

(5)拆模及養(yǎng)護

混凝土澆筑完成后，應及時對混凝土進行保溫保濕養(yǎng)護，并在強度達到一定強度后方可拆模。暴露面混凝土初凝前，應卷起覆蓋物，用抹子搓壓表面至少兩遍，使之平整后再次覆蓋，且此時應注意覆蓋物不能直接接觸混凝土表面，直至混凝土終凝為止。

4.4 塹坡防護工程施工

塹坡防護工程施工應符合鐵路行業(yè)現行的規(guī)范標準，防護的坡體表面應整平，坡面如有松動巖石應先清除后再施工，防護層應與巖(土)體坡面密切結合，背后不留空隙，邊坡有局部超挖或凹坑時，應先行挖成向內傾斜的臺階，再用相同的圬工砌筑，不可回填土或干砌片石，嚴禁使用易風化巖石做砌體材料，片石最低強度等級不應低于MU30。

5 路塹高邊坡變形監(jiān)測

路塹高邊坡變形監(jiān)測項目主要包括地表變形監(jiān)測、深部位移監(jiān)測以及地表變形巡視等內容。當路塹邊坡滿足以下條件之一時，應設置邊坡變形監(jiān)測系統(tǒng)：(1)滑坡、崩塌、錯落等不良地質邊坡；(2)泥巖、泥灰?guī)r、白堊系砂巖、頁巖等軟質巖高邊坡以及軟硬巖互層地段高邊坡的邊坡高度≥20 m時；(3)順層路塹、受構造影響不利結構面發(fā)育的路塹或土石界面傾斜塹內存在滑動可能的路塹；(4)黃土路塹邊坡高度≥30 m時；(5)其他土質及全風化層路塹邊坡高度≥20 m時。其余路塹邊坡變形觀測以加強工地巡視為主，必要時也可自行布置監(jiān)測系統(tǒng)，以確保施工人員及機具安全。

路塹高邊坡變形監(jiān)測采用的監(jiān)測方法和類型主要包括邊坡地表變形監(jiān)測(A型)、深部位移監(jiān)測(B型)兩種類型，其監(jiān)測斷面示意圖如圖4所示，可根據邊坡高度和工程地質條件等單獨或組合設置：(1)邊坡地表變形監(jiān)測系統(tǒng)(A型)主要是通過建立射線網法觀測網，沿線路方向邊坡每隔30～50 m設置監(jiān)測斷面，每個工點應有不少于2個監(jiān)測斷面，每個斷面分別于路塹邊坡的側溝平臺、邊坡平臺、塹頂以及塹頂外10.0 m設置觀測樁，并于邊坡可能破壞的范圍外30 m分別設照準點和置鏡點，采用水準儀、經緯儀或全站儀測量，監(jiān)測邊坡水平、垂直位移等變形狀態(tài)，以指導施工；(2)深部位移監(jiān)測系統(tǒng)(B型)主要是針對滑坡、崩塌、錯落等不良地質邊坡，以及土質、軟質巖路塹邊坡存在順層或沿土石分界面等滑動可能時設置，邊坡成形后在一級邊坡平臺、中部邊坡平臺及塹頂外5.0 m鉆孔成孔埋置安裝測斜管(豎直孔孔深應至穩(wěn)定地層一定深度內)，采用測斜儀精確地測量巖土層內部水平位移，每工點應有不少于2個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面設1～3個監(jiān)測孔。監(jiān)測頻率要求如下：儀器埋設后應觀測幾次，確定穩(wěn)定的起始基準值。路塹開挖施工期，1次/天；開挖間歇期1次/3天；施工完后1～3個月內1～2次/周，3個月以上1～2次/月。觀測頻率可根據邊坡工程安全等級、邊坡穩(wěn)定性和施工進程及監(jiān)測類型等實際情況進行適當調整。

圖4 路塹高邊坡變形監(jiān)測斷面示意(單位：m)

龍宮站路塹高邊坡施工過程中，邊坡位移監(jiān)測系統(tǒng)共設置7個觀測斷面：K41+690～K42+150段在K41+850(B型觀測斷面)、K41+900(B型觀測斷面)、K41+950(A型觀測斷面)設3個邊坡位移監(jiān)測斷面；K42+540～K43+100在K42+660(A型觀測斷面)、K42+710(B型觀測斷面)、K42+800(B型觀測斷面)、K43+050(B型觀測斷面)設4個邊坡位移監(jiān)測斷面。通過設置位移監(jiān)測系統(tǒng)，可有效確保施工安全及既有線運營安全。

6 施工問題及整治措施

K42+750～K42+795段線路左側新增股道，線路中心最大挖深約28 m，左側邊坡共三級，原設計為變截面護墻防護，下兩級邊坡內設3 m×3 m錨桿框架格梁。2011年10月2日，施工單位準備施工第一級邊坡防護時發(fā)生邊坡溜坍。事后經過各方現場共同勘查，初步確定溜坍原因為該段路塹塹頂天溝、邊坡截水溝未及時施做，致使雨天塹頂地表水排水不暢，從而沖刷邊坡并滲入邊坡，導致邊坡部分土體含水量增大并達到極限飽和狀態(tài)，而且溜坍部位位于新黃土與砂巖結合面處，地質條件相對薄弱，極易形成滑動面，使該段路塹一級邊坡部分土體沿滑動面發(fā)生溜坍。

經過各方共同分析研究，確定了整治方案，采取的主要技術措施包括：(1)施工單位盡快按設計圖施工天溝、邊坡截水溝，確保地表水排泄通暢；(2)鑒于第一級邊坡已發(fā)生坍塌，于線路左側平臺外塹腳處設C25片石混凝土重力式路塹擋土墻，擋土墻高10 m，頂寬1.6 m，胸坡1∶0.30，背坡1∶0.20，沿線路方向每10 m設伸縮縫一道，縫寬0.02 m，縫內填塞瀝青麻筋；墻身高出地面部分，每隔2～3 m上、下、左、右交錯設置孔徑0.10 m的泄水孔，采用PVC管，管尾用土工布包裹，基礎需埋置在新鮮的基巖上，埋置深度不小于1.6 m；(3)擋土墻墻后分層填筑碎石土，墻后自擋土墻回填線以上每0.6 m鋪設一層土工格柵(TGSG30)，寬2.0～8.0 m；(4)擋土墻以上填筑碎石土，于擋土墻頂留1.0 m平臺后，以上路堤邊坡坡度采用1∶1.5，高10 m，留2.81 m平臺后與已施工完的護墻前邊坡平臺連接，坡面采用M7.5水泥砂漿砌片石砌護坡防護，厚0.30 m,,邊坡平臺厚0.40 m；(5)K42+950及K42+995擋土墻及護坡起點和終點與護墻邊坡連接處采用M7.5水泥砂漿砌片石堵頭護墻及護坡順接。該段由于第一級邊坡已按路塹重力式擋土墻施工，原設計圖第一級錨桿格梁及護墻與第二級護墻不再施工。整治方案如圖5所示。

圖5 邊坡溜坍整治方案示意(單位：m)

7 結束語

錨桿框架格梁可大大提高路塹邊坡巖(土)體的強度和剛度，使邊坡巖(土)體的整體性大大加強，邊坡變形、位移及裂縫發(fā)展得到有效控制，邊坡的穩(wěn)定性得到顯著提高，對不良地質條件路塹及深路塹邊坡具有很好的加固效果。龍宮站站改深路塹邊坡加固防護工程于2012年10月18日竣工，運營至今邊已將近兩年，目前該段線路運行良好，路塹邊坡堅固穩(wěn)定，未發(fā)生滑坡、溜坍失穩(wěn)及防護工程凍脹開裂等病害，為以后朔黃線改擴建工程的深路塹邊坡加固防護設計與施工提供了很好的借鑒。

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ThetechnologyapplicationoftheanchorframebeaminthedeepcuttingslopereinforcementprotectionEngineeringoftheShuo-Huangrailwayexpansionandreconstructionproject

SHANG Pei-pei

2014-08-07

尚培培(1984—)，男，2007年畢業(yè)于石家莊鐵道學院土木工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2014)05-0029-06

U213.1+5

： B